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Intel 与 荷兰量子研究机构 QuTech 合作实现在「相对高温」下顺利控制量子位元处理

过去如果要顺利控制量子位元处理的话,必须将量子位元冷却至接近绝对零度情况,亦即开氏温度0度,或是摄氏温度零下273.15度,否则存放在量子位元中的量子信息内容就会流失,现在已可在开氏温度1度下的「相对高温」情况,依然能够控制量子位元处理的目标。

首图

今年2月与与荷兰台夫特理工大学及荷兰国家应用科学院共同创立的量子技术研究机构QuTech合作,通过代号「Horse Ridge」为称的低温控制量子处理器可对应128个量子位元处理数之后,Intel稍早再与QuTech共同在《自然 (Nature)》发布内容里,证明在开氏温度1度下 (约摄氏温度零下272.15度)仍可顺利控制量子位元处理。

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在此之前,如果要顺利控制量子位元处理的话,必须将量子位元冷却至接近绝对零度情况,亦即开氏温度0度,或是摄氏温度零下273.15度,否则存放在量子位元中的量子信息内容就会流失。而此次Intel与QuTech合作结果,顺利实现可在开氏温度1度下的「相对高温」情况,依然能够控制量子位元处理的目标。

同时,此次合作结果更实现在开氏温度1.1度下,完成让两个量子位元可在量子电路进行逻辑运算,同时单个量子位元内的量子信息仍可保留高达99.3%,而在开氏温度0.45度到1.25度之间,自旋量子位元所受到影响程度最小。

在此之前,仅能在开氏温度0.40度情况下才能实现控制两个量子位元,意味此次Intel与QuTech合作结果确实有明显突破。

目前包含Intel、IBM、Google在内业者均积极投入量子运算领域,希望能藉由量子运算对应更庞大数据计算应用,同时也预期能改变更多以巨量数据分析为基础的运算技术。不过,由于量子位元难以控制,同时目前也仅能在极度低温情况下运作,加上不容易存放量子信息内容,更使得业者持续投入更先进的半导体技术,以及超导体技术研究,另外更带动相关封装与连接技术成长。

Intel先前则是强调代号「Horse Ridge」的低温控制量子处理器,是以Intel旗下22nm FinFET制程为基础的CMOS技术打造,其中将四个射频 (RF)通道整合在单一设备内,而每个通道均可藉由「分频多工 (frequency multiplexing)」方式控制多达32个量子位元,让此款处理器量子位元处理数量总计可达128个,此外也能藉此将所有可用频宽划分为一系列不重叠的量子运算频宽,并且让每个运算频宽承载独立数据内容。

而在量子位元保真度和性能表现部分,Intel也藉由多工技术最佳化,让处理器运算过程可以扩大执行规模,并且减少相位偏移 (phase shift)产生误差,避免在不同频率控制多个量子位元时,可能产生量子位元间的串扰 (crosstalk),其中包含让各种频率均可进行高精度调谐 (tune),使量子系统能以相同射频频率控制多个量子位元时调整、自动校正相移,藉此提高量子位元的量子闸 (gate)保真度。

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